공기의 평균분자량 구하는공식은?

 

일상생활에서 항상 우리 곁에 있는 공기, 그 무게를 생각해 보신 적이 있나요? 오늘은 이 공기의 평균적인 분자량을 어떻게 계산하는지, 누구나 이해하기 쉽게 알려드리겠습니다. 화학을 처음 접하는 학생부터 현업에서 관련 지식이 필요한 직장인까지, 모두에게 유용한 정보가 될 것입니다.

 

공기의 주요 성분: 질소와 산소

공기는 다양한 기체가 섞여있는 혼합물입니다. 그중에서도 가장 많은 비율을 차지하는 것은 질소(N2)와 산소(O2)입니다. 계산의 편의를 위해 다른 미량 기체들은 제외하고, 이 두 가지 기체만으로 공기가 구성되어 있다고 가정하는 것이 일반적입니다.

 

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부피비를 이용한 평균 분자량 계산법

가장 널리 사용되는 방법은 기체의 부피비를 이용하는 것입니다. 공기 전체를 100으로 보았을 때, 각 기체가 차지하는 부피의 비율은 다음과 같습니다.

 

• 질소(N2): 약 79%
• 산소(O2): 약 21%

 

각 기체의 분자량은 다음과 같습니다.

• 질소(N2): 28 g/mol
• 산소(O2): 32 g/mol

 

이제 이 값들을 공식에 대입하여 공기의 평균 분자량을 계산해 보겠습니다.

 

(질소의부피비×질소의분자량)+(산소의부피비×산소의분자량)

(0.79×28)+(0.21×32)=22.12+6.72=28.84

 

따라서 공기의 평균 분자량은 약 28.84가 됩니다.

 

 

질량비를 이용한 평균 분자량 계산법

경우에 따라 부피비가 아닌 질량비로 공기의 조성이 주어지기도 합니다. 질량비는 다음과 같습니다.

• 질소(N2): 약 76.8%
• 산소(O2): 약 23.2%

이 질량비를 사용하여 평균 분자량을 계산할 수도 있습니다. 계산 과정은 부피비를 이용했을 때와 유사합니다. 각 성분의 질량비를 해당 성분의 분자량으로 나눈 값들의 합으로 전체 질량을 나눔으로써 평균 분자량을 구할 수 있습니다. 하지만 일반적으로 부피비를 이용한 계산법이 더 자주 사용됩니다.

 

 

알아두면 유용한 추가 정보

• 아보가드로의 법칙: 모든 기체는 같은 온도와 압력에서 같은 부피 속에 같은 수의 분자를 포함한다는 법칙입니다. 이 법칙에 따라 기체의 부피비는 몰수(분자의 수)비와 같다고 볼 수 있어, 부피비를 이용한 평균 분자량 계산이 가능합니다.
• 정확한 계산: 실제 공기에는 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 등 다른 기체들이 미량 포함되어 있습니다. 매우 정밀한 계산이 필요할 경우 이러한 기체들의 비율까지 고려해야 하지만, 일상적인 계산에서는 질소와 산소만으로도 충분히 근사치를 얻을 수 있습니다.

 

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마무리하며

오늘은 공기의 평균 분자량을 구하는 방법에 대해 알아보았습니다. 복잡해 보일 수 있지만, 공기를 이루는 주요 성분의 비율과 각 성분의 분자량만 알고 있다면 간단한 곱셈과 덧셈만으로도 충분히 계산할 수 있습니다. 이 글이 공기의 무게에 대한 궁금증을 해결하는 데 도움이 되었기를 바랍니다.